DE102015006059A1

DE102015006059A1 - Mechanische Rotorblattverstellung, Drehzahlbegrenzung und Sturmsicherung bei Windkraftanlagen

Info

Publication number: DE102015006059A1
Application number: DE102015006059.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-11-17

Abstract

Technische Aufgabe und Zielsetzung Die hier beschriebene mechanische Sturmsicherung hat zum Ziel, die Parameter der Sturmsicherung für alle Flügel an zentralen Stellelementen vorzunehmen, einen Spiel- und Stoßfreien Betrieb der Anlage zu ermöglichen und die Nachteile bekannter mechanische Sturmsicherungen zu vermeiden. Lösung der technischen Aufgabe Die Lösung wird durch ein im Inneren der Repellernabe liegendem Kegelradgetriebe ermöglicht, bei dem die an den Flügelachsen fest installierten Kegelräder über zwei weitere auf der Repellerachse liegende Kegelräder miteinander verspannt werden. Hierbei wird der zulässige Verstellwinkel durch Eingrenzung des Drehwinkels des Anschlagkegelrades (5) und die Einstellung des geforderten Überlastdrehmomentes durch Aufprägen eines Drehmomentes auf das gegenüberliegende Spannkegelrad (6) ermöglicht. Anwendungsgebiet Diese mechanische Rotorblattverstellung eignet sich insbesondere bei der Überlastsicherung von kleinen Windturbinen, die ohne eine entsprechende Aktorik betrieben werden sollen.

Description

Es ist bekannt,
mechanische Rotorblattverstellungen so auszuprägen, dass die Rotorblätter derart drehbar mit der Repellernabe verbunden sind, dass die Flügel sich beim Erreichen einer bestimmten Windgeschwindigkeit um die Flügellängsachse drehen können, um durch die somit reduzierte Impulsumlenkung eine Überlastung der Windturbine zu verhindern. Die mechanische Regelung ab Erreichen der kritischen Windgeschwindigkeit wird bei bekannten Ausführungen beispielsweise über ein aufwändiges Gestänge realisiert, dass die einzelnen Flügel über ein weit vor dem Repeller liegendes Steuerorgan verstellt. Weiterhin sind Überlastsicherungen bekannt, welche die Flügel über an der Repellernabe drehbar gelagerte Fliehgewichte verstellen. Ebenfalls sind Überlastsicherungen bekannt, die auf den Flügelachsen montierte Schenkelfedern aufweisen, die ab Erreichen einer kritischen Windgeschwindigkeit ein Verdrehen der Flügel um die Hochachse in die Durchlassrichtung ermöglichen. Auch ist bekannt, die Drehung aller Flügel eines Repellers durch entsprechende Getriebe zu synchronisieren, um die aerodynamische Unwucht von ungleich verstellten Flügeln zu unterbinden.
Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass bei den bisher bekannten Konzepten der Bauaufwand relativ groß ist, oder sich eine exakte und spielfreie Synchronisation der Flügelposition nicht erreichen lässt, oder die Reaktionszeit auf entsprechende Überlastwindstärken aufgrund von Trägheitseffekten zu groß ist. Insbesondere ist bei der Drehsynchronisation der Flügelachsen bei bekannten Ausführungen (z. B. Gebrauchsmusterschrift F03D 7/02) das durch die Verzahnung bedingte Spiel nicht kompensiert. Das führt beim Betrieb der Anlage zum Wackeln der Flügel und somit zu schnellem Verscheiß. Ein weiterer Nachteil bekannter Sturmsicherungen besteht in der aufwändigen Einstellung des Überlastdrehmomentes an jedem einzelnen Flügel. Weitere Sturmsicherungen haben ein aufwändiges Gestänge vor dem Repeller, das aufgrund der hohen Umfangsgeschwindigkeit an den äußeren Enden zu Strömungsräuschen und aufgrund der Fliehkräfte zu Biegebeanspruchung führt. Ebenfalls erweist sich das vertikale oder horizontale aus dem Wind drehen des Repellers, da dieses Verfahren relativ lange Ansprechzeiten hat und es zu großen Kreiselkräften führt.
Diese Probleme werden durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Vorspannung der Kegelräder eine spielfreie Verstellung der Flügel und ein spielfreier Betrieb der Windturbine ermöglicht wird, dass das Einstellen der zulässigen Verstellwinkels der Flügel sowie das Einstellen des Überlastdrehmomentes an einem zentralen Stellelement durchgeführt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in 1 und 2 dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt, 2 einen Achsschnitt durch die Repellernabe und 3 den Winkelbereich einer variablen, formschlüssigen Verbindung. Weitere Details sind wie folgt abgebildet:
Bezugszeichenliste

1: drehbar gelagerte Flügelachse
2: Repellernabe
3: Kegelradgetriebe
4: Flügelachse
5: Anschlagkegelrad
6: Spannkegelrad
7: zentrale Spannvorrichtung
8: Schenkelfeder
9: Verstellwinkel
10: variable formschlüssige Verbindung

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und nach der Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.
Durch die Variation des Verstellwinkels (9) zwischen Repellernabe (2) und Anschlagkegelrad wird der zulässige Verstellwinkel der Rotorblätter zentral eingestellt. Durch die Zentrale Spannvorrichtung (7) wird das Kegelradgetriebe verspannt und das Überlastdrehmoment eingestellt. Dies wird beispielsweise durch die Vorspannung einer Schenkelfeder (8) erzielt. Sollt der Winddruck auf die bezüglich der Flügellängsachse asymmetrische Flügelfläche das entsprechende Überlastdrehmoment bewirken, so wird werden sich das Anschlagkegelrad (5) und das Spannkegelrad (6) gegenläufig drehen und zu einer Spannungserhöhung der Schenkelfeder (8) führen. Die Drehung wird maximal bis zum Erreichen der gegenüber der Ruheposition liegenden Anschlagposition der formschlüssigen Verbindung erfolgen und mit zunehmenden Verstellwinkel zu einer Erhöhung des Rückstell-Drehmomentes führen. Sobald der Wind abflaut und die Windgeschwindigkeit die Auslegungsgeschwindigkeit erreicht, führt die Entspannung der Schenkelfeder wieder zur Einstellung der Flügel-Ausgangsposition. Um in Sturmböen begründete Stöße zu vermeiden, kann die Drehung der Flügel durch die Installation eines zentralen Dämpfungselementes (nicht dargestellt) gedämpft werden.

Claims

Mechanische Rotorblattverstellung, Drehzahlbegrenzung und Sturmsicherung dadurch gekennzeichnet, dass mehrere drehbar gelagerte Flügel in einer Repellernabe (2) derart über ein Kegelradgetriebe (3) drehbar miteinander gekoppelt sind, so dass die auf den Flügelachsen drehfest montierten Kegelräder durch zwei weitere auf der Repellerachse drehbar gelagerte Kegelräder – das Anschlagkegelrad (5) und das Spannkegelrad (6) – rotatorisch synchronisiert und zusätzlich über die Eingrenzung des Drehwinkels des Anschlagkegelrades und eine am Spannkegelrad (6) angebrachte Spannvorrichtung (7) mittels einer Schenkelfeder (8) verspannt und vorgespannt werden.
Mechanische Rotorblattverstellung, Drehzahlbegrenzung und Sturmsicherung dadurch gekennzeichnet nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der zulässige Verstellwinkel (9) der Flügel über eine variable formschlüssige Verbindung (10) zwischen Repellernabe (2) und Anschlagkegelrad einstellbar ist,
Mechanische Rotorblattverstellung, Drehzahlbegrenzung und Sturmsicherung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment, ab dem der Flügel aufgrund der kritischen Windgeschwindigkeit in Durchlassrichtung drehen soll, für alle Flügel mittels Vorspannung einer einzigen Schenkelfeder (8) durch eine zentrale Spannvorrichtung (7) eingestellt wird,
Mechanische Rotorblattverstellung, Drehzahlbegrenzung und Sturmsicherung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eines der verwendeten Kegelräder zusätzlich mit einem Stoßdämpfer (nicht dargestellt) versehen wird, der in Windböen begründete Drehstöße dämpft und somit ein stoßartiges Drehen der Rotorblätter um die Flügellängsachse oder ein Aufschaukeln der Sturmsicherung zu vermeiden.